KR20200103851A - Control of grating extraction strength for AR waveguide couplers - Google Patents

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룻거 메이어 팀머만 티센
웨인 맥밀란
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에 설명된 실시예들은 증강 도파관 구역들에 관한 것이다. 증강 도파관 구역들은 일반적으로, 듀티 사이클들 및 굴절률들을 갖는 복수의 격자들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 듀티 사이클들이 상이하거나, 굴절률들이 상이하거나, 또는 듀티 사이클들 및 굴절률들 둘 모두가 상이하다. 증강 도파관 구역들을 형성하기 위한 방법들이 또한 본원에 설명된다.Embodiments described herein relate to enhanced waveguide regions. The enhancement waveguide regions generally include a plurality of gratings having duty cycles and refractive indices. In certain embodiments, the duty cycles are different, the refractive indices are different, or both the duty cycles and the refractive indices are different. Methods for forming enhancement waveguide regions are also described herein.

Figure P1020207024176
Figure P1020207024176

Description

AR 도파관 결합기들에 대한 격자 축출 강도 제어Control of grating extraction strength for AR waveguide couplers

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 증강 현실 도파관들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 실시예들은, 증강 현실 도파관들의 축출(out-coupling) 강도들을 제어하기 위한 증강 도파관 구역들에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure generally relate to augmented reality waveguides. More specifically, embodiments described herein relate to augmented waveguide zones for controlling out-coupling intensities of augmented reality waveguides.

가상 현실은 일반적으로, 사용자가 명백한 물리적 존재를 갖는 컴퓨터 생성 모의 환경인 것으로 간주된다. 가상 현실 경험은 3D로 생성되어 헤드 장착 디스플레이(HMD), 이를테면, 실제 환경을 대체하는 가상 현실 환경을 표시하기 위한 렌즈들로서 근안(near-eye) 디스플레이 패널들을 갖는 안경 또는 다른 웨어러블 디스플레이 디바이스들을 이용하여 보여질 수 있다.Virtual reality is generally considered to be a computer-generated simulated environment in which the user has an apparent physical presence. The virtual reality experience is generated in 3D using a head mounted display (HMD), such as glasses or other wearable display devices having near-eye display panels as lenses for displaying a virtual reality environment that replaces the real environment. Can be seen.

그러나, 증강 현실은, 사용자가 여전히 주변 환경을 보도록 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 보면서 또한 환경의 일부로서 디스플레이에 생성되어 나타나는 가상 객체들의 이미지들을 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실은, 임의의 유형의 입력, 이를테면, 오디오 및 촉각 입력들뿐만 아니라 사용자가 경험하는 환경을 향상 또는 증강시키는 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오를 포함할 수 있다. 첨단 기술로서, 증강 현실에는 많은 난제들 및 설계 제약들이 존재한다.However, augmented reality enables an experience in which the user can still see through the display lenses of the glasses or other HMD device so that the surrounding environment can also see images of virtual objects created and appearing on the display as part of the environment. Augmented reality may include any type of input, such as audio and tactile inputs, as well as virtual images, graphics, and video that enhance or augment the environment the user experiences. As a state-of-the-art technology, augmented reality presents many challenges and design constraints.

하나의 그러한 난제는, 주변 환경 상에 겹쳐진 가상 이미지를 표시하는 것이다. 겹쳐진 이미지들을 지원하기 위해 증강 도파관 결합기들이 사용된다. 생성된 광은, 증강 도파관 결합기 내로 포획(in-couple)되고, 증강 도파관 결합기를 통해 전파되고, 증강 도파관 결합기로부터 축출되어, 주변 환경 상에 겹쳐진다. 광은, 표면 릴리프 격자들을 사용하여 증강 도파관 결합기들에 포획되고 그로부터 축출된다. 축출 강도는 적절하게 제어되지 않을 수 있다.One such challenge is to display virtual images superimposed on the surrounding environment. Augmented waveguide combiners are used to support superimposed images. The generated light is in-coupled into the enhanced waveguide coupler, propagated through the enhanced waveguide coupler, ejected from the enhanced waveguide coupler, and superimposed on the surrounding environment. Light is trapped in and expelled from the enhancement waveguide couplers using surface relief gratings. The eviction strength may not be properly controlled.

따라서, 개선된 증강 도파관 결합기들 및 제조 방법들이 관련 기술분야에 필요하다.Accordingly, there is a need in the art for improved enhanced waveguide couplers and manufacturing methods.

일 실시예에서, 디바이스가 제공된다. 디바이스는, 제1 듀티 사이클을 갖는, 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제1 격자, 제1 듀티 사이클과 상이한 제2 듀티 사이클을 갖는, 적어도 하나의 제1 격자에 인접하게 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제2 격자, 및 제1 듀티 사이클 및 제2 듀티 사이클과 상이한 제2 듀티 사이클을 갖는, 적어도 하나의 제2 격자에 인접하게 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제3 격자를 포함한다.In one embodiment, a device is provided. The device comprises at least one first grating formed on the substrate having a first duty cycle, at least one formed on the substrate adjacent to the at least one first grating having a second duty cycle different from the first duty cycle. A second grating, and at least one third grating formed on the substrate adjacent to the at least one second grating having a second duty cycle different from the first duty cycle and the second duty cycle.

다른 실시예에서, 디바이스가 제공된다. 디바이스는, 제1 굴절률을 갖는, 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제1 격자, 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는, 적어도 하나의 제1 격자에 인접하게 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제2 격자, 및 제2 굴절률보다 큰 제3 굴절률을 갖는, 적어도 하나의 제2 격자에 인접하게 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제3 격자를 포함한다.In another embodiment, a device is provided. The device comprises at least one first grating formed on the substrate having a first refractive index, at least one first grating formed on the substrate adjacent to the at least one first grating having a second refractive index greater than the first refractive index. 2 gratings, and at least one third grating formed on the substrate adjacent to the at least one second grating, having a third refractive index greater than the second refractive index.

또 다른 실시예에서, 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에 하나 이상의 제1 물질을 퇴적하는 단계, 기판 상에 하나 이상의 제2 물질을 퇴적하는 단계, 하나 이상의 제1 물질 및 하나 이상의 제2 물질에 스탬프를 임프린팅하는 단계, 하나 이상의 제1 물질 및 하나 이상의 제2 물질을 경화시키는 단계, 및 하나 이상의 제1 물질의 제1 격자 및 하나 이상의 제2 물질의 제2 격자를 형성하기 위해 스탬프를 해제하는 단계를 포함한다. 제1 격자는 제1 굴절률 및 제1 듀티 사이클을 갖는다. 제2 격자는 제2 굴절률 및 제2 듀티 사이클을 갖는다. 제1 듀티 사이클이 제2 듀티 사이클과 상이하거나, 제1 굴절률이 제2 굴절률과 상이하거나, 또는 제1 굴절률 및 제1 듀티 사이클 둘 모두가 제2 굴절률 및 제2 듀티 사이클과 상이하다.In yet another embodiment, a method is provided. The method includes depositing one or more first materials on a substrate, depositing one or more second materials on the substrate, imprinting a stamp on one or more first materials and one or more second materials, one or more Curing the first material and at least one second material, and releasing the stamp to form a first grating of at least one first material and a second grating of at least one second material. The first grating has a first index of refraction and a first duty cycle. The second grating has a second index of refraction and a second duty cycle. The first duty cycle is different from the second duty cycle, the first refractive index is different from the second refractive index, or both the first refractive index and the first duty cycle are different from the second refractive index and the second duty cycle.

본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 증강 도파관 결합기의 정면 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른, 증강 도파관 구역을 형성하기 위한 방법의 동작들을 예시하는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3d는 실시예에 따른, 제조 동안의 증강 도파관 구역의 개략적인 단면도들이다.
도 4는 다른 실시예에 따른, 증강 도파관 구역을 형성하기 위한 방법의 동작들을 예시하는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5b는 다른 실시예에 따른, 제조 동안의 증강 도파관 구역의 개략적인 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 언급이 없이도 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있는 것으로 고려된다.In such a way that the above-mentioned features of the present disclosure can be understood in detail, a more specific description of the present disclosure briefly summarized above may be made with reference to embodiments, some of which are attached to the drawings. It is illustrated in the field. However, it should be noted that the accompanying drawings are merely illustrative of exemplary embodiments and should not be regarded as limiting the scope of the present disclosure, and that other equally effective embodiments may be accepted.
1 is a front perspective view of an enhanced waveguide coupler according to an embodiment.
2 is a flow diagram illustrating operations of a method for forming an enhancement waveguide region, according to an embodiment.
3A-3D are schematic cross-sectional views of an enhanced waveguide region during manufacture, according to an embodiment.
4 is a flow diagram illustrating operations of a method for forming an enhancement waveguide region, according to another embodiment.
5A-5B are schematic cross-sectional views of an enhanced waveguide region during manufacturing, according to another embodiment.
In order to facilitate understanding, the same reference numerals have been used where possible to designate the same elements common to the drawings. It is contemplated that elements and features of one embodiment may be beneficially included in other embodiments without further mention.

본원에 설명된 실시예들은 증강 도파관 구역들에 관한 것이다. 증강 도파관 구역들은 일반적으로, 듀티 사이클들 및 굴절률들을 갖는 복수의 격자들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 듀티 사이클들이 상이하거나, 굴절률들이 상이하거나, 또는 듀티 사이클들 및 굴절률들 둘 모두가 상이하다. 증강 도파관 구역들을 형성하기 위한 방법들이 또한 본원에 설명된다.Embodiments described herein relate to enhanced waveguide regions. The enhancement waveguide regions generally include a plurality of gratings having duty cycles and refractive indices. In certain embodiments, the duty cycles are different, the refractive indices are different, or both the duty cycles and the refractive indices are different. Methods for forming enhancement waveguide regions are also described herein.

도 1은 증강 도파관 결합기(100)의 정면 사시도이다. 아래에 설명되는 증강 도파관 결합기(100)는 예시적인 증강 도파관 결합기이고, 다른 증강 도파관 결합기들이 본 개시내용의 양상들을 달성하도록 수정되거나 함께 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.1 is a front perspective view of an enhancement waveguide coupler 100. The enhancement waveguide coupler 100 described below is an exemplary enhancement waveguide coupler, and it should be understood that other enhancement waveguide couplers may be modified or used in conjunction to achieve aspects of the present disclosure.

증강 도파관 결합기(100)는, 복수의 격자들(108)에 의해 정의되는 입력 결합 구역(102), 복수의 격자들(110)에 의해 정의되는 중간 구역(104), 및 복수의 격자들(112)에 의해 정의되는 출력 결합 구역(106)을 포함한다. 입력 결합 구역(102)은, 마이크로디스플레이로부터 일정 강도를 갖는 입사 광 빔들(가상 이미지)을 수신한다. 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는 입사 빔들을 복수의 모드들로 분할하며, 각각의 빔은 모드를 갖는다. 영차 모드(T0) 빔들은 증강 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되고, 양의 1차 모드(T1) 빔들은 증강 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합되며, 음의 1차 모드(T-1) 빔들은 T1 빔들과 반대인 방향으로 증강 도파관 결합기(100)에서 전파된다. 이상적으로, 입사 빔들은, 가상 이미지를 중간 구역(104)으로 지향시키기 위해, 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할된다. 일 실시예에서, 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는, T-1 빔들 및 T0 빔들을 억제하도록 각을 이룬다. T1 빔들은, T1 빔들이 중간 구역(104)에서 복수의 격자들(110)과 접촉하게 될 때까지 증강 도파관 결합기(100)를 통해 내부 전반사(TIR)를 겪는다.The enhancement waveguide coupler 100 includes an input coupling region 102 defined by a plurality of gratings 108, an intermediate region 104 defined by a plurality of gratings 110, and a plurality of gratings 112. Including an output coupling region 106 defined by ). The input coupling region 102 receives incident light beams (virtual images) having a constant intensity from the microdisplay. Each grating of the plurality of gratings 108 divides the incident beams into a plurality of modes, each beam having a mode. Zero order mode (T0) beams are refracted or lost again in the enhancement waveguide coupler 100, and positive first order mode (T1) beams are coupled to the middle region 104 through the enhancement waveguide combiner 100, and negative one The difference mode (T-1) beams propagate in the augmented waveguide combiner 100 in a direction opposite to the T1 beams. Ideally, the incident beams are split into T1 beams with all the intensities of the incident beams in order to direct the virtual image to the intermediate region 104. In one embodiment, each grating of the plurality of gratings 108 is angled to suppress T-1 beams and T0 beams. The T1 beams undergo total internal reflection (TIR) through the enhanced waveguide coupler 100 until the T1 beams come into contact with the plurality of gratings 110 in the intermediate region 104.

T1 빔들은 복수의 격자들(110)의 격자와 접촉한다. T1 빔들은, 증강 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들 ― T1 빔들은, T1 빔들이 복수의 격자들(110)의 다른 격자와 접촉할 때까지 중간 구역(104)에서 TIR을 겪음 ―, 및 증강 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 중간 구역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 증강 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합된 T1 빔들의 강도가 고갈되거나, 중간 구역(104)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 중간 구역(104)의 끝에 도달할 때까지, 복수의 격자들(110)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(110)은, 출력 결합 구역(106)에 결합된 T-1 빔들의 강도를 제어하여 사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 증가시키기 위해, 증강 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합된 T1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다.The T1 beams contact the grating of the plurality of gratings 110. The T1 beams are T0 beams that are refracted or lost again in the enhancement waveguide combiner 100, T1 beams-T1 beams, in the middle region 104 until the T1 beams contact another grating of the plurality of gratings 110. Undergoes TIR-and is split into T-1 beams that are coupled to the output coupling region 106 via the enhancement waveguide combiner 100. T1 beams undergoing TIR in the intermediate region 104, the intensity of the T1 beams coupled to the intermediate region 104 through the enhancement waveguide combiner 100 are depleted, or the remaining T1 beams propagating through the intermediate region 104 are depleted. Until the end of the intermediate region 104 is reached, it continues to contact the grids of the plurality of grids 110. The plurality of gratings 110 modulate the field of view of the virtual image generated from the microdisplay from the user's point of view by controlling the intensity of the T-1 beams coupled to the output coupling region 106 and allow the user to view the virtual image. In order to increase the possible viewing angle, it must be adjusted to control the T1 beams coupled to the intermediate region 104 via the enhancement waveguide combiner 100.

증강 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합된 T-1 빔들은, T-1 빔들이 복수의 격자들(112)의 격자와 접촉할 때까지 증강 도파관 결합기(100)에서 TIR을 겪으며, 여기서, T-1 빔들은, 증강 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들 ― T1 빔들은, T1 빔들이 복수의 격자들(112)의 다른 격자와 접촉할 때까지 출력 결합 구역(106)에서 TIR을 겪음 ―, 및 증강 도파관 결합기(100)에서 축출되는 T-1 빔들로 분할된다. 출력 결합 구역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 증강 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합된 T-1 빔들의 강도가 고갈되거나, 출력 결합 구역(106)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 출력 결합 구역(106)의 끝에 도달할 때까지, 복수의 격자들(112)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(112)은, 증강 도파관 결합기(100)에서 축출된 T-1 빔들의 강도를 제어하여 사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 추가로 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 추가로 증가시키기 위해, 증강 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합된 T-1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다.The T-1 beams coupled to the output coupling region 106 through the enhancement waveguide coupler 100 are TIR in the enhancement waveguide combiner 100 until the T-1 beams contact the gratings of the plurality of gratings 112. Wherein, the T-1 beams are T0 beams refracted or lost again in the augmented waveguide combiner 100, T1 beams-T1 beams, when the T1 beams contact other gratings of the plurality of gratings 112 To undergo TIR in the output coupling region 106-and T-1 beams expelled from the enhancement waveguide combiner 100. T1 beams that undergo TIR in the output coupling region 106 are either depleted in intensity of the T-1 beams coupled to the output coupling region 106 through the enhancement waveguide combiner 100, or propagate through the output coupling region 106. Until the remaining T1 beams that are becoming reach the end of the output coupling region 106, they continue to contact the gratings of the plurality of gratings 112. The plurality of gratings 112 additionally modulate the field of view of the virtual image generated from the microdisplay from the user's point of view by controlling the intensity of the T-1 beams extracted from the augmented waveguide combiner 100 and allow the user to In order to further increase the viewing angle at which the can be seen, it must be adjusted to control the T-1 beams coupled to the output coupling region 106 through the enhancement waveguide combiner 100.

도 2는, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 증강 도파관 구역(300)을 형성하기 위한 방법(200)의 동작들을 예시하는 흐름도이다. 동작(201)에서, 하나 이상의 제1 물질(304)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제1 물질(304)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(310)일 수 있다. 액적들(310)은, 제1 체적 및 제1 반경을 갖는다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(310)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(310)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(310) 사이의 공간들이 상이하다. 기판(302)은, 액적들(310)이 시간 경과에 따라 제1 주어진 두께로 제1 측방향 연장을 갖는 것을 초래할 수 있는 표면 습윤성을 갖는다.2 is a flow diagram illustrating operations of a method 200 for forming an augmented waveguide region 300 shown in FIGS. 3A-3D. In operation 201, one or more first materials 304 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more first materials 304 may be droplets 310 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 310 have a first volume and a first radius. The inkjet printer deposits droplets 310 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 310 are equally spaced. In another embodiment, the spacings 316 are different, and thus the spaces between the droplets 310 are different. Substrate 302 has a surface wettability that can result in droplets 310 having a first lateral extension to a first given thickness over time.

하나 이상의 제1 물질(304)은 제1 용액을 포함할 수 있다. 제1 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제1 용액은, 이산화규소(SiO2), 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화지르코늄(ZrO2), 및/또는 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 제1 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제1 굴절률을 초래하도록 제어된다. 예컨대, 제1 용액은, 제1 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유할 수 있다. 일 실시예에서, SiO2에 대한 졸-겔 전구체들은, 테트라메틸 오르토실리케이트(TMOS), 메틸-트리-메톡시-실란(MTMS), 및 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 포함할 수 있다.One or more of the first materials 304 may include a first solution. The first solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The first solution may include silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxycarbide (SiOC), zirconium dioxide (ZrO 2 ), and/or titanium dioxide (TiO 2 ). The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the first solution are controlled to result in a first refractive index. For example, the first solution may contain a first ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 . In one embodiment, the sol-gel precursors for SiO 2 may include tetramethyl orthosilicate (TMOS), methyl-tri-methoxy-silane (MTMS), and tetraethyl orthosilicate (TEOS).

동작(202)에서, 하나 이상의 제2 물질(306)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제2 물질(306)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(312)일 수 있다. 액적들(312)은, 제2 체적 및 제2 반경을 갖는다. 일 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은 제1 체적 및 제1 반경과 상이하다. 다른 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은 제1 체적 및 제1 반경과 실질적으로 동일하다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(312)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(312)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(312) 사이의 공간들이 상이하다. 기판(302)은, 액적들(312)이 시간 경과에 따라 제2 주어진 두께로 제2 측방향 연장을 갖는 것을 초래할 수 있는 표면 습윤성을 갖는다.In operation 202, one or more second materials 306 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more second materials 306 may be droplets 312 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 312 have a second volume and a second radius. In one embodiment, the second volume and second radius are different from the first volume and first radius. In another embodiment, the second volume and second radius are substantially equal to the first volume and first radius. The inkjet printer deposits droplets 312 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 312 are equally spaced apart. In another embodiment, the spacings 316 are different, and thus the spaces between the droplets 312 are different. The substrate 302 has a surface wettability that can result in the droplets 312 having a second lateral extension to a second given thickness over time.

하나 이상의 제2 물질(306)은 제2 용액을 포함할 수 있다. 제2 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제2 용액은 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2를 포함할 수 있다. 제2 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제2 굴절률을 초래하도록 제어된다. 제2 굴절률은 제1 굴절률과 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 용액은, 제1 비보다 더 높은 비를 갖는 제2 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유하여 제1 굴절률보다 더 높은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 초래할 수 있거나, 제2 비가 제1 비보다 더 낮은 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 가져 제1 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 초래할 수 있다.The one or more second substances 306 may comprise a second solution. The second solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The second solution may include SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 . The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the second solution are controlled to result in a second refractive index. The second refractive index may be different from the first refractive index. For example, the second solution may contain a second ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 having a higher ratio than the first ratio, resulting in a second refractive index having a higher refractive index than the first refractive index. Alternatively, the second ratio may have a lower ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 than the first ratio resulting in a second refractive index having a lower refractive index than the first refractive index.

동작(203)에서, 하나 이상의 제3 물질(308)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제3 물질(308)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(314)일 수 있다. 액적들(314)은, 제3 체적 및 제3 반경을 갖는다. 일 실시예에서, 제3 체적 및 제3 반경은, 제1 체적 및 제1 반경, 및 제2 체적 및 제2 반경과 상이하다. 다른 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은, 제1 체적 및 제1 반경, 및 제2 체적 및 제2 반경과 실질적으로 동일하다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(314)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(314)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(314) 사이의 공간들이 상이하다. 기판(302)은, 액적들(314)이 시간 경과에 따라 제3 주어진 두께로 제3 측방향 연장을 갖는 것을 초래할 수 있는 표면 습윤성을 갖는다.In operation 203, one or more third materials 308 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more third materials 308 may be droplets 314 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 314 have a third volume and a third radius. In one embodiment, the third volume and the third radius are different from the first volume and the first radius, and the second volume and the second radius. In another embodiment, the second volume and second radius are substantially equal to the first volume and the first radius, and the second volume and the second radius. The inkjet printer deposits droplets 314 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 314 are equally spaced. In another embodiment, the gaps 316 are different, and thus the spaces between the droplets 314 are different. Substrate 302 has a surface wettability that can result in droplets 314 having a third lateral extension to a third given thickness over time.

하나 이상의 제3 물질(308)은 제3 용액을 포함할 수 있다. 제3 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제3 용액은 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2를 포함할 수 있다. 제3 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제3 굴절률을 초래하도록 제어된다. 제3 굴절률은, 제1 굴절률 및 제2 굴절률과 상이할 수 있다. 예컨대, 제3 용액은, 제1 비 및 제2 비보다 더 높은 비를 갖는 제3 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유하여 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 더 높은 굴절률을 갖는 제3 굴절률을 초래할 수 있거나, 제3 비가 제1 비 및 제2 비보다 더 낮은 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 가져 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 제3 굴절률을 초래할 수 있다.One or more of the third substances 308 may include a third solution. The third solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The third solution may include SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 . The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the third solution are controlled to result in a third refractive index. The third refractive index may be different from the first refractive index and the second refractive index. For example, the third solution contains a third ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 having a ratio higher than the first ratio and the second ratio to be higher than the first and second refractive indexes. May result in a third refractive index having a refractive index, or a third ratio having a lower ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 than the first and second ratios is more than the first and second refractive indexes. It can result in a third refractive index having a low refractive index.

동작(204)에서, 스탬프(318)가 하나 이상의 제1 물질(304), 하나 이상의 제2 물질(306), 및 하나 이상의 제3 물질(308)에 임프린팅된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 스탬프(318)는, 하나 이상의 제1 물질(304)에 대응하는 하나 이상의 제1 격자 패턴(322), 하나 이상의 제2 물질(306)에 대응하는 하나 이상의 제2 격자 패턴(324), 및 하나 이상의 제3 물질(308)에 대응하는 하나 이상의 제3 격자 패턴(326)을 포함하는 양의 패턴(320)을 갖는다. 하나 이상의 제1, 제2, 및 제3 격자 패턴(322, 324, 326)은, 기판(302)과 평행한 최상부 패턴 표면들(328), 및 측벽 패턴 표면들(330)을 포함한다. 측벽 패턴 표면들(330)은, 기판(302)에 대해 경사지거나 기판(302)에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 일 실시예에서, 스탬프(318)는, 하나 이상의 제1 역(inverse) 격자 패턴, 하나 이상의 제2 역 격자 패턴, 및 하나 이상의 제3 역 격자 패턴을 포함하는 음의 패턴을 갖는 마스터로부터 제조된다. 스탬프(318)는 마스터로부터 성형된다. 다른 실시예에서, 스탬프(318)는 마스터이다.In operation 204, stamps 318 are imprinted on one or more first materials 304, one or more second materials 306, and one or more third materials 308. As shown in FIG. 3B, the stamp 318 includes at least one first grating pattern 322 corresponding to at least one first material 304, and at least one second grating pattern 322 corresponding to at least one second material 306. A positive pattern 320 comprising a grating pattern 324 and one or more third grating patterns 326 corresponding to one or more third materials 308. One or more of the first, second, and third grating patterns 322, 324, 326 include top pattern surfaces 328 parallel to the substrate 302, and sidewall pattern surfaces 330. The sidewall pattern surfaces 330 may be inclined relative to the substrate 302 or oriented perpendicular to the substrate 302. In one embodiment, the stamp 318 is fabricated from a master having a negative pattern including one or more first inverse grid patterns, one or more second inverse grid patterns, and one or more third inverse grid patterns. . The stamp 318 is molded from the master. In another embodiment, the stamp 318 is a master.

동작(205)에서, 하나 이상의 제1 물질(304), 하나 이상의 제2 물질(306), 및 하나 이상의 제3 물질(308)이 경화된다. 스탬프(318)는, 자외선(UV) 광에 대한 노출에 의해 하나 이상의 제1, 제2, 및 제3 물질(304, 306, 308)이 경화될 수 있게 하기 위한 반투명한 물질, 이를테면, 용융 실리카 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1, 제2, 및 제3 물질(304, 306, 308)은 대안적으로 열적으로 경화될 수 있다.In operation 205, one or more first materials 304, one or more second materials 306, and one or more third materials 308 are cured. Stamp 318 is a translucent material, such as fused silica, to enable one or more of the first, second, and third materials 304, 306, 308 to be cured by exposure to ultraviolet (UV) light. Or it may include polydimethylsiloxane (PDMS). One or more of the first, second, and third materials 304, 306, 308 may alternatively be thermally cured.

동작(206)에서, 하나 이상의 제1 물질(304)의 제1 격자들(332), 하나 이상의 제2 물질(306)의 제2 격자들(334), 및 하나 이상의 제3 물질(308)의 제3 격자들(336)을 갖는 증강 도파관 구역(300)을 형성하기 위해 스탬프(318)가 해제된다. 일 실시예에서, 스탬프(318)는, 스탬프(318)가 단층의 점착-방지 표면 처리 코팅, 이를테면 플루오린화된 코팅으로 코팅될 수 있기 때문에, 기계적으로 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 스탬프(318)는, 스탬프(318)를 물에 용해시킴으로써 스탬프(318)가 제거되게 하기 위해, 수용성 물질, 이를테면, 수용성인 폴리비닐 알코올(PVA) 물질을 포함할 수 있다.In operation 206, first gratings 332 of one or more first materials 304, second gratings 334 of one or more second materials 306, and one or more of the third material 308. The stamp 318 is released to form an enhancement waveguide region 300 with third gratings 336. In one embodiment, the stamp 318 may be mechanically removed as the stamp 318 may be coated with a single layer of anti-stick surface treatment coating, such as a fluorinated coating. In another embodiment, the stamp 318 may comprise a water-soluble material, such as a water-soluble polyvinyl alcohol (PVA) material, to allow the stamp 318 to be removed by dissolving the stamp 318 in water.

도 3c 및 도 3d는 증강 도파관 구역(300)의 개략적인 단면도들을 예시한다. 제1 격자들(332)은, 제1 모서리(342a) 및 제2 모서리(342b)를 갖는, 기판(302)과 평행한 최상부 표면들(338), 제1 측벽들(340), 제2 측벽들(341), 및 최상부 표면들(338)로부터 기판(302)까지 연장되는 높이들(344)을 포함한다. 제1 측벽들(340) 및 제2 측벽들(341)은, 기판(302)에 대해 경사지거나 기판(302)에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 제2 격자들(334)은, 제1 모서리(342a) 및 제2 모서리(342b)를 갖는, 기판(302)과 평행한 최상부 표면들(338), 제1 측벽들(340), 제2 측벽들(341), 및 최상부 표면들(338)로부터 기판(302)까지 연장되는 높이들(346)을 포함한다. 제3 격자들(336)은, 제1 모서리(342a) 및 제2 모서리(342b)를 갖는, 기판(302)과 평행한 최상부 표면들(338), 제1 측벽들(340), 제2 측벽들(341), 및 최상부 표면들(338)로부터 기판(302)까지 연장되는 높이들(348)을 포함한다. 높이들(344, 346, 348)은 실질적으로 동일할 수 있다.3C and 3D illustrate schematic cross-sectional views of the enhancement waveguide region 300. The first gratings 332 are top surfaces 338 parallel to the substrate 302, the first sidewalls 340, the second sidewalls having a first edge 342a and a second edge 342b S 341 and heights 344 extending from the top surfaces 338 to the substrate 302. The first sidewalls 340 and the second sidewalls 341 may be inclined with respect to the substrate 302 or may be oriented vertically with respect to the substrate 302. The second gratings 334 include top surfaces 338 parallel to the substrate 302, first sidewalls 340, and a second sidewall, having a first edge 342a and a second edge 342b. S 341 and heights 346 extending from the top surfaces 338 to the substrate 302. The third gratings 336 are top surfaces 338 parallel to the substrate 302, first sidewalls 340, second sidewalls, having a first edge 342a and a second edge 342b S 341 and heights 348 extending from the top surfaces 338 to the substrate 302. Heights 344, 346, 348 may be substantially the same.

제1 격자들(332)은, 제1 측벽들(340)로부터 제2 측벽들(341)까지 높이들(344)의 절반에서 제1 선폭들(350)을 갖는다. 제2 격자들(334)은, 제1 측벽들(340)로부터 제2 측벽들(341)까지 높이들(346)의 절반에서 제2 선폭들(352)을 갖는다. 일 실시예에서, 제2 선폭들(352)은 제1 선폭들(350)과 상이하다. 제3 격자들(336)은, 제1 측벽들(340)로부터 제2 측벽들(341)까지 높이들(348)의 절반에서 제3 선폭들(354)을 갖는다. 일 실시예에서, 제3 선폭들(354)은 제2 선폭들(352) 및 제1 선폭들(350)과 상이하다.The first gratings 332 have first line widths 350 at half of the heights 344 from the first sidewalls 340 to the second sidewalls 341. The second gratings 334 have second line widths 352 at half of the heights 346 from the first sidewalls 340 to the second sidewalls 341. In one embodiment, the second line widths 352 are different from the first line widths 350. The third gratings 336 have third line widths 354 at half of the heights 348 from the first sidewalls 340 to the second sidewalls 341. In one embodiment, the third line widths 354 are different from the second line widths 352 and the first line widths 350.

제1, 제2, 및 제3 격자들(332, 334, 336)은 피치들(360)을 갖는다. 피치들(360)은, 제1 모서리들(342a) 사이의 거리들로부터 결정된다. 제1 격자들(332)은, 제1 선폭들(350)을 피치들(360)로 나눔으로써 결정되는 제1 듀티 사이클을 갖는다. 제2 격자들(334)은, 제2 선폭들(352)을 피치들(360)로 나눔으로써 결정되는 제2 듀티 사이클을 갖는다. 제3 격자들(336)은, 제3 선폭들(354)을 피치들(360)로 나눔으로써 결정되는 제3 듀티 사이클을 갖는다.The first, second, and third gratings 332, 334, 336 have pitches 360. The pitches 360 are determined from distances between the first corners 342a. The first gratings 332 have a first duty cycle determined by dividing the first line widths 350 by the pitches 360. The second gratings 334 have a second duty cycle determined by dividing the second line widths 352 by the pitches 360. The third gratings 336 have a third duty cycle determined by dividing the third line widths 354 by the pitches 360.

일 실시예에서, 액적들(310, 312, 314)은 실질적으로 동일한 간격들(316)로 퇴적된다. 액적들(310, 312, 314)은 상이한 체적들 및 반경들을 갖는다. 따라서, 피치들(360)이 실질적으로 동일하지만 제1 선폭들(350), 제2 선폭들(352), 및 제3 선폭들(354)이 상이하기 때문에, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 상이하다. 다른 실시예에서, 액적들(310, 312, 314)은 상이한 간격들(316)로 퇴적된다. 액적들(310, 312, 314)은, 상이한 체적들 및 반경들을 갖거나 또는 실질적으로 동일한 체적들 및 반경들을 가질 수 있다. 따라서, 피치들(360)이 상이하기 때문에, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 상이하다.In one embodiment, droplets 310, 312, 314 are deposited at substantially equal intervals 316. The droplets 310, 312, 314 have different volumes and radii. Therefore, since the pitches 360 are substantially the same, but the first line widths 350, the second line widths 352, and the third line widths 354 are different, the first duty cycle and the second duty cycle , And the third duty cycle are different. In another embodiment, droplets 310, 312, 314 are deposited at different intervals 316. The droplets 310, 312, 314 may have different volumes and radii or may have substantially the same volumes and radii. Thus, because the pitches 360 are different, the first duty cycle, the second duty cycle, and the third duty cycle are different.

사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 증가시키기 위해, 증강 도파관 구역(300)으로부터 축출되는 빔들의 강도는 증가해야 하는 반면, 증강 도파관 구역(300)을 통해 전파되는 빔들의 강도는 감소해야 한다. 또한, 축출되는 빔들의 강도는, 증강 도파관 구역(300)을 통해 전파되는 빔들이 증강 도파관 구역(300)의 마지막 격자에 도달하기 전에, 증강 도파관 구역(300)을 통해 전파되는 빔들의 강도가 고갈되는 지점까지 증가해서는 안된다. 이상적으로, 축출되는 빔들의 강도는 증가하는 한편, 증강 도파관 구역(300)을 통해 전파되는 빔들의 강도가 감소하고 증강 도파관 구역(300)의 마지막 격자에 의해 고갈된다.In order to modulate the field of view of the virtual image generated from the microdisplay from the user's point of view and increase the viewing angle at which the user can view the virtual image, the intensity of the beams ejected from the augmented waveguide region 300 must increase, while The intensity of the beams propagating through the waveguide region 300 should decrease. In addition, the intensity of the beams being ejected is depleted before the beams propagating through the augmented waveguide region 300 reach the last grating of the augmented waveguide region 300. It should not increase to the point where it becomes. Ideally, the intensity of the beams that are ejected increases while the intensity of the beams propagating through the enhancement waveguide region 300 decreases and is depleted by the last grating of the enhancement waveguide region 300.

증강 도파관 구역(300)의 광의 결합을 제어하기 위해, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 상이하다. 일 실시예에서, 제1 듀티 사이클은 약 0.1 내지 약 0.25이고, 제2 듀티 사이클은 제1 듀티 사이클보다 크고 약 0.2 내지 약 0.35이며, 제3 듀티 사이클은 제1 듀티 사이클 및 제2 듀티 사이클보다 크고 약 0.3 내지 약 0.5이다. 제1 격자들(332)은 제1 굴절률을 갖고, 제2 격자들(334)은 제2 굴절률을 가지며, 제3 격자들(336)은 제3 굴절률을 갖는다. 제1, 제2, 및 제3 굴절률들은 상이할 수 있는데, 그 이유는, 증강 도파관 구역(300)의 광의 결합을 추가로 제어하기 위해 하나 이상의 제1 물질, 하나 이상의 제2 물질, 및 하나 이상의 제3 물질 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들이 상이할 수 있기 때문이다. 제1, 제2, 및 제3 굴절률들은 약 1 내지 약 2.5일 수 있고, 제2 굴절률은 제1 굴절률보다 클 수 있으며, 제3 굴절률은 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 클 수 있다.To control the coupling of light in the enhancement waveguide region 300, the first duty cycle, the second duty cycle, and the third duty cycle are different. In one embodiment, the first duty cycle is about 0.1 to about 0.25, the second duty cycle is greater than the first duty cycle and about 0.2 to about 0.35, and the third duty cycle is greater than the first duty cycle and the second duty cycle. Large and about 0.3 to about 0.5. The first gratings 332 have a first refractive index, the second gratings 334 have a second refractive index, and the third gratings 336 have a third refractive index. The first, second, and third indices of refraction may be different, because one or more first materials, one or more second materials, and one or more first materials to further control the coupling of light in the enhancement waveguide region 300 This is because the proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the third material may be different. The first, second, and third refractive indices may be about 1 to about 2.5, the second refractive index may be greater than the first refractive index, and the third refractive index may be greater than the first refractive index and the second refractive index.

도 4는, 도 5a 내지 도 5b에 도시된 증강 도파관 구역(500)을 형성하기 위한 방법(400)의 동작들을 예시하는 흐름도이다. 증강 도파관 구역(500)을 형성하기 위한 방법(400)의 동작들(401-405)이 도 3a 및 도 3b에 예시된다. 동작(401)에서, 하나 이상의 제1 물질(304)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제1 물질(304)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(310)일 수 있다. 액적들(310)은, 제1 체적 및 제1 반경을 갖는다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(310)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(310)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(310) 사이의 공간들이 상이하다.4 is a flow diagram illustrating operations of a method 400 for forming an augmented waveguide region 500 shown in FIGS. 5A-5B. Operations 401-405 of the method 400 for forming the enhancement waveguide region 500 are illustrated in FIGS. 3A and 3B. In operation 401, one or more first materials 304 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more first materials 304 may be droplets 310 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 310 have a first volume and a first radius. The inkjet printer deposits droplets 310 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 310 are equally spaced. In another embodiment, the spacings 316 are different, and thus the spaces between the droplets 310 are different.

하나 이상의 제1 물질(304)은 제1 용액을 포함할 수 있다. 제1 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제1 용액은, 이산화규소(SiO2), 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화지르코늄(ZrO2), 및/또는 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 제1 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제1 굴절률을 초래하도록 제어된다. 제1 용액은, 제1 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유한다.One or more of the first materials 304 may include a first solution. The first solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The first solution may include silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxycarbide (SiOC), zirconium dioxide (ZrO 2 ), and/or titanium dioxide (TiO 2 ). The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the first solution are controlled to result in a first refractive index. The first solution contains a first ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 .

동작(402)에서, 하나 이상의 제2 물질(306)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제2 물질(306)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(312)일 수 있다. 액적들(312)은, 제2 체적 및 제2 반경을 갖는다. 일 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은 제1 체적 및 제1 반경과 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은 제1 체적 및 제1 반경과 상이하다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(312)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(312)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(312) 사이의 공간들이 상이하다.In operation 402, one or more second materials 306 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more second materials 306 may be droplets 312 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 312 have a second volume and a second radius. In one embodiment, the second volume and the second radius are substantially equal to the first volume and the first radius. In another embodiment, the second volume and second radius are different from the first volume and first radius. The inkjet printer deposits droplets 312 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 312 are equally spaced apart. In another embodiment, the spacings 316 are different, and thus the spaces between the droplets 312 are different.

하나 이상의 제2 물질(306)은 제2 용액을 포함할 수 있다. 제2 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제2 용액은 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2를 포함할 수 있다. 제2 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제2 굴절률을 초래하도록 제어된다. 제2 굴절률은 제1 굴절률과 상이하다. 제2 용액은, 제1 비보다 더 높은 비를 갖는 제2 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유하여 제1 굴절률보다 더 높은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 초래하거나, 제2 비가 제1 비보다 더 낮은 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 가져 제1 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 초래한다.The one or more second substances 306 may comprise a second solution. The second solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The second solution may include SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 . The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the second solution are controlled to result in a second refractive index. The second refractive index is different from the first refractive index. The second solution contains a second ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 having a ratio higher than the first ratio resulting in a second refractive index having a higher refractive index than the first refractive index, or The second ratio has a lower ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 than the first ratio resulting in a second refractive index having a lower refractive index than the first refractive index.

동작(403)에서, 하나 이상의 제3 물질(308)이 기판(302) 상에 퇴적된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 제3 물질(308)은, 잉크젯 프린터에 의해 기판(302) 상에 퇴적되는 액적들(314)일 수 있다. 액적들(314)은, 제3 체적 및 제3 반경을 갖는다. 일 실시예에서, 제3 체적 및 제3 반경은, 제1 체적 및 제1 반경, 및 제2 체적 및 제2 반경과 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 제2 체적 및 제2 반경은, 제1 체적 및 제1 반경, 및 제2 체적 및 제2 반경과 상이하다. 잉크젯 프린터는 간격들(316)로 액적들(314)을 퇴적한다. 일 실시예에서, 간격들(316)은 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 액적들(314)이 동일하게 이격된다. 다른 실시예에서, 간격들(316)은 상이하며, 이에 따라, 액적들(314) 사이의 공간들이 상이하다.In operation 403, one or more third materials 308 are deposited on the substrate 302. As shown in FIG. 3A, the one or more third materials 308 may be droplets 314 deposited on the substrate 302 by an inkjet printer. The droplets 314 have a third volume and a third radius. In one embodiment, the third volume and the third radius are substantially equal to the first volume and the first radius, and the second volume and the second radius. In another embodiment, the second volume and second radius are different from the first volume and the first radius, and the second volume and the second radius. The inkjet printer deposits droplets 314 at gaps 316. In one embodiment, the spacings 316 are substantially the same, so that the droplets 314 are equally spaced. In another embodiment, the gaps 316 are different, and thus the spaces between the droplets 314 are different.

하나 이상의 제3 물질(308)은 제3 용액을 포함할 수 있다. 제3 용액은 졸-겔 용액 또는 나노입자 용액일 수 있다. 제3 용액은 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2를 포함할 수 있다. 제3 용액 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제3 굴절률을 초래하도록 제어된다. 제3 굴절률은, 제1 굴절률 및 제2 굴절률과 상이하다. 용액은, 제1 비 및 제2 비보다 더 높은 비를 갖는 제3 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2를 함유하여 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 더 높은 굴절률을 갖는 제3 굴절률을 초래할 수 있거나, 제3 비가 제1 비 및 제2 비보다 더 낮은 비의 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO를 가져 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 제3 굴절률을 초래한다.One or more of the third substances 308 may include a third solution. The third solution may be a sol-gel solution or a nanoparticle solution. The third solution may include SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 . The proportions of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in the third solution are controlled to result in a third refractive index. The third refractive index is different from the first refractive index and the second refractive index. The solution contains a third ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO 2 having a ratio higher than the first ratio and the second ratio to have a higher refractive index than the first and second refractive indexes. A third ratio having a lower ratio of TiO 2 to SiO 2 , SiOC, and/or ZrO than the first ratio and the second ratio to have a lower refractive index than the first and second refractive index 3 leads to the refractive index.

동작(404)에서, 스탬프(318)가 하나 이상의 제1 물질(304), 하나 이상의 제2 물질(306), 및 하나 이상의 제3 물질(308)에 임프린팅된다. 동작(405)에서, 하나 이상의 제1 물질(304), 하나 이상의 제2 물질(306), 및 하나 이상의 제3 물질(308)이 경화된다. 동작(406)에서, 하나 이상의 제1 물질(304)의 제1 격자들(532), 하나 이상의 제2 물질(306)의 제2 격자들(534), 및 하나 이상의 제3 물질(308)의 제3 격자들(536)을 갖는 증강 도파관 구역(500)을 형성하기 위해 스탬프(318)가 해제된다.In operation 404, a stamp 318 is imprinted on one or more first materials 304, one or more second materials 306, and one or more third materials 308. In operation 405, one or more first materials 304, one or more second materials 306, and one or more third materials 308 are cured. In operation 406, first gratings 532 of one or more first materials 304, second gratings 534 of one or more second materials 306, and one or more of the third material 308 The stamp 318 is released to form an enhancement waveguide region 500 with third gratings 536.

도 5a 및 도 5b는 증강 도파관 구역(500)의 개략적인 단면도들을 예시한다. 제1 격자들(532)은, 제1 모서리(542a) 및 제2 모서리(542b)를 갖는, 기판(302)과 평행한 최상부 표면들(538), 제1 측벽들(540), 제2 측벽들(541), 및 최상부 표면들(538)로부터 기판(502)까지 연장되는 높이들(544)을 포함한다. 제1 측벽들(540) 및 제2 측벽들(541)은, 기판(502)에 대해 경사지거나 기판(502)에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 제2 격자들(534)은, 제1 모서리(542a) 및 제2 모서리(542b)를 갖는, 기판(502)과 평행한 최상부 표면들(538), 제1 측벽들(540), 제2 측벽들(541), 및 최상부 표면들(538)로부터 기판(502)까지 연장되는 높이들(546)을 포함한다. 제3 격자들(536)은, 제1 모서리(542a) 및 제2 모서리(542b)를 갖는, 기판(502)과 평행한 최상부 표면들(538), 제1 측벽들(540), 제2 측벽들(541), 및 최상부 표면들(538)로부터 기판(502)까지 연장되는 높이들(548)을 포함한다. 높이들(544, 546, 548)은 실질적으로 동일할 수 있다.5A and 5B illustrate schematic cross-sectional views of the enhancement waveguide region 500. The first gratings 532 include top surfaces 538 parallel to the substrate 302, first sidewalls 540, and a second sidewall, having a first edge 542a and a second edge 542b. S 541, and heights 544 extending from the top surfaces 538 to the substrate 502. The first sidewalls 540 and the second sidewalls 541 may be inclined with respect to the substrate 502 or may be oriented vertically with respect to the substrate 502. The second gratings 534 include top surfaces 538 parallel to the substrate 502, first sidewalls 540, and a second sidewall, having a first edge 542a and a second edge 542b. S 541, and heights 546 extending from the top surfaces 538 to the substrate 502. The third gratings 536 are top surfaces 538 parallel to the substrate 502, first sidewalls 540, and second sidewalls having a first edge 542a and a second edge 542b. S 541, and heights 548 extending from top surfaces 538 to the substrate 502. Heights 544, 546, 548 may be substantially the same.

제1 격자들(532)은, 제1 측벽들(540)로부터 제2 측벽들(541)까지 높이들(544)의 절반에서 제1 선폭들(550)을 갖는다. 제2 격자들(534)은, 제1 측벽들(540)로부터 제2 측벽들(541)까지 높이들(546)의 절반에서 제2 선폭들(552)을 갖는다. 제3 격자들(536)은, 제1 측벽들(540)로부터 제2 측벽들(541)까지 높이들(548)의 절반에서 제3 선폭들(554)을 갖는다. 일 실시예에서, 제3 선폭들(554)은 제2 선폭들(552) 및 제1 선폭들(550)과 실질적으로 동일하다.The first gratings 532 have first line widths 550 at half of the heights 544 from the first sidewalls 540 to the second sidewalls 541. The second gratings 534 have second line widths 552 at half of the heights 546 from the first sidewalls 540 to the second sidewalls 541. The third gratings 536 have third line widths 554 at half of the heights 548 from the first sidewalls 540 to the second sidewalls 541. In one embodiment, the third line widths 554 are substantially the same as the second line widths 552 and the first line widths 550.

제1, 제2, 및 제3 격자들(532, 534, 536)은 피치들(560)을 갖는다. 피치들(560)은, 제1 모서리들(542a) 사이의 거리들로부터 결정된다. 제1 격자들(532)은, 제1 선폭들(550)을 피치들(560)로 나눔으로써 결정되는 제1 듀티 사이클을 갖는다. 제2 격자들(534)은, 제2 선폭들(552)을 피치들(560)로 나눔으로써 결정되는 제2 듀티 사이클을 갖는다. 제3 격자들(536)은, 제3 선폭들(554)을 피치들(560)로 나눔으로써 결정되는 제3 듀티 사이클을 갖는다.The first, second, and third gratings 532, 534, 536 have pitches 560. The pitches 560 are determined from distances between the first corners 542a. The first gratings 532 have a first duty cycle determined by dividing the first line widths 550 by the pitches 560. The second gratings 534 have a second duty cycle determined by dividing the second line widths 552 by the pitches 560. The third gratings 536 have a third duty cycle determined by dividing the third line widths 554 by the pitches 560.

일 실시예에서, 제3 선폭들(554)은 제2 선폭들(552) 및 제1 선폭들(550)과 실질적으로 동일하고, 피치들(560)은, 실질적으로 동일한 간격들(316)로 실질적으로 동일한 체적들 및 반경들을 갖는 액적들(310, 312, 314)을 퇴적하는 것으로 인해 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 선폭들(550), 제2 선폭들(552), 및 제3 선폭들(554)이 실질적으로 동일하고 피치들(560)이 실질적으로 동일하기 때문에, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 실질적으로 동일하지만, 제1, 제2, 및 제3 선폭들(550, 552, 554)이 상이하고 피치들(560)이 상이하다. 액적들(310)의 제1 체적 및 제1 반경, 액적들(312)의 제2 체적 및 제2 반경, 및 액적들(314)의 제3 체적 및 제3 반경은, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클이 실질적으로 동일한 것을 초래하기 위한 피치들(560)로 조정된다. 일 실시예에서, 제1 듀티 사이클, 제2 듀티 사이클, 및 제3 듀티 사이클은 약 0.1 내지 약 0.5이다.In one embodiment, the third line widths 554 are substantially the same as the second line widths 552 and the first line widths 550, and the pitches 560 are at substantially the same intervals 316. It is substantially the same due to depositing droplets 310, 312, 314 having substantially the same volumes and radii. Therefore, since the first line widths 550, the second line widths 552, and the third line widths 554 are substantially the same and the pitches 560 are substantially the same, the first duty cycle, the second The duty cycle, and the third duty cycle are substantially the same. In another embodiment, the first duty cycle, the second duty cycle, and the third duty cycle are substantially the same, but the first, second, and third line widths 550, 552, 554 are different and the pitches ( 560) is different. The first volume and the first radius of the droplets 310, the second volume and the second radius of the droplets 312, and the third volume and the third radius of the droplets 314 are, the first duty cycle, The two duty cycle, and the third duty cycle are adjusted to pitches 560 to result in substantially the same. In one embodiment, the first duty cycle, the second duty cycle, and the third duty cycle are from about 0.1 to about 0.5.

제1 격자들(332)은 제1 굴절률을 갖고, 제2 격자들(334)은 제2 굴절률을 가지며, 제3 격자들(336)은 제3 굴절률을 갖는다. 제1, 제2, 및 제3 굴절률들은 상이한데, 그 이유는, 증강 도파관 구역(500)의 광의 결합을 제어하기 위해 하나 이상의 제1 물질, 하나 이상의 제2 물질, 및 하나 이상의 제3 물질 중의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들이 상이하기 때문이다. 제1, 제2, 및 제3 굴절률들은 약 1 내지 약 2.5일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 굴절률은 약 1.2 내지 약 1.5이고, 제2 굴절률은 제1 굴절률보다 크고 약 1.4 내지 약 1.7이며, 제3 굴절률은 제1 굴절률 및 제2 굴절률보다 크고 약 1.5 내지 약 2.5이다.The first gratings 332 have a first refractive index, the second gratings 334 have a second refractive index, and the third gratings 336 have a third refractive index. The first, second, and third indices of refraction are different because of one or more of the first, one or more second materials, and one or more third materials to control the coupling of light in the enhancement waveguide region 500. This is because the ratios of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 are different. The first, second, and third refractive indices may be about 1 to about 2.5. In one embodiment, the first refractive index is about 1.2 to about 1.5, the second refractive index is greater than the first refractive index and about 1.4 to about 1.7, and the third refractive index is about 1.5 to about 2.5 greater than the first refractive index and the second refractive index. to be.

요약하면, 듀티 사이클들 및 굴절률들은 갖는 복수의 격자들을 포함하는 증강 도파관 구역들, 및 이를 제조하기 위한 방법들이 본원에 설명된다. 상이한 듀티 사이클들, 상이한 굴절률들, 또는 상이한 듀티 사이클들 및 상이한 굴절률들 둘 모두를 갖는 증강 도파관 구역들은, 사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야의 변조, 및 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각의 증가를 허용한다. 하나 이상의 제1 물질, 하나 이상의 제2 물질, 및 하나 이상의 제3 물질 중의 상이한 비율들의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 활용은 상이한 굴절률들을 제공하고, 상이한 선폭들을 갖는 격자들을 형성하는 것은 상이한 듀티 사이클들을 제공한다.In summary, enhanced waveguide regions comprising a plurality of gratings having duty cycles and refractive indices, and methods for manufacturing the same, are described herein. The augmented waveguide regions with different duty cycles, different indices of refraction, or both different duty cycles and different indices of refraction, can be used to modulate the field of view of the virtual image generated from the microdisplay from the user's perspective, and allow the user to view the virtual image. Allows an increase in the viewing angle that can be seen. Utilization of different ratios of SiO 2 , SiOC, ZrO 2 , and/or TiO 2 in one or more first materials, one or more second materials, and one or more third materials provides different refractive indices and results in gratings with different linewidths. Forming provides different duty cycles.

전술한 내용이 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.While the foregoing relates to examples of the present disclosure, other and additional examples of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope of the present disclosure, and the scope of the present disclosure is determined by the following claims. do.

Claims (15)

디바이스로서,
제1 듀티 사이클을 갖는, 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제1 격자;
상기 제1 듀티 사이클과 상이한 제2 듀티 사이클을 갖는, 상기 적어도 하나의 제1 격자에 인접하게 상기 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제2 격자; 및
상기 제1 듀티 사이클 및 상기 제2 듀티 사이클과 상이한 제3 듀티 사이클을 갖는, 상기 적어도 하나의 제2 격자에 인접하게 상기 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제3 격자를 포함하는, 디바이스.As a device,
At least one first grating formed on the substrate having a first duty cycle;
At least one second grating formed on the substrate adjacent to the at least one first grating having a second duty cycle different from the first duty cycle; And
A device comprising at least one third grating formed on the substrate adjacent to the at least one second grating having a third duty cycle different from the first duty cycle and the second duty cycle. 제1항에 있어서,
상기 제1 듀티 사이클, 상기 제2 듀티 사이클, 및 상기 제3 듀티 사이클은 약 0.1 내지 약 0.5인, 디바이스.The method of claim 1,
The device of claim 1, wherein the first duty cycle, the second duty cycle, and the third duty cycle are about 0.1 to about 0.5. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 격자, 상기 적어도 하나의 제2 격자, 및 상기 적어도 하나의 제3 격자의 각각의 격자는 동일한 높이를 갖는, 디바이스.The method of claim 1,
The device, wherein each of the at least one first grating, the at least one second grating, and the at least one third grating has the same height. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 격자, 상기 적어도 하나의 제2 격자, 및 상기 적어도 하나의 제3 격자의 각각의 격자는, 상기 기판에 대해 일정 양만큼 경사진 측벽 표면들을 포함하는, 디바이스.The method of claim 1,
Each grating of the at least one first grating, the at least one second grating, and the at least one third grating comprises sidewall surfaces that are inclined by an amount relative to the substrate. 제2항에 있어서,
상기 제2 듀티 사이클은 상기 제1 듀티 사이클보다 크고,
상기 제3 듀티 사이클은 상기 제2 듀티 사이클보다 큰, 디바이스.The method of claim 2,
The second duty cycle is greater than the first duty cycle,
The third duty cycle is greater than the second duty cycle. 디바이스로서,
제1 굴절률을 갖는, 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제1 격자;
상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는, 상기 적어도 하나의 제1 격자에 인접하게 상기 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제2 격자; 및
상기 제2 굴절률보다 큰 제3 굴절률을 갖는, 상기 적어도 하나의 제2 격자에 인접하게 상기 기판 상에 형성되는 적어도 하나의 제3 격자를 포함하는, 디바이스.As a device,
At least one first grating formed on the substrate having a first refractive index;
At least one second grating formed on the substrate adjacent to the at least one first grating having a second refractive index greater than the first refractive index; And
A device comprising at least one third grating formed on the substrate adjacent to the at least one second grating having a third refractive index greater than the second refractive index. 제6항에 있어서,
상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률은 약 1.2 내지 약 1.7인, 디바이스.The method of claim 6,
The device, wherein the first index of refraction and the second index of refraction are about 1.2 to about 1.7. 제6항에 있어서,
상기 제3 굴절률은 약 1.5 내지 약 2.5인, 디바이스.The method of claim 6,
The device of claim 1, wherein the third refractive index is about 1.5 to about 2.5. 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 격자는 제1 비의 제1 물질 대 제2 물질을 포함하고,
상기 적어도 하나의 제2 격자는 상기 제1 비와 상이한 제2 비의 상기 제1 물질 대 상기 제2 물질을 포함하며,
상기 적어도 하나의 제3 격자는 상기 제1 비 및 제2 비와 상이한 제3 비의 상기 제1 물질 대 상기 제2 물질을 포함하는, 디바이스.The method of claim 6,
The at least one first lattice comprises a first ratio of a first material to a second material,
The at least one second grating comprises a second ratio of the first material to the second material different from the first ratio,
The device, wherein the at least one third grating comprises a third ratio of the first material to the second material different from the first ratio and the second ratio. 제9항에 있어서,
상기 제1 물질은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는, 디바이스.The method of claim 9,
The device, wherein the first material comprises titanium dioxide (TiO 2 ). 제9항에 있어서,
상기 제2 물질은 이산화규소(SiO2), 규소 옥시카바이드(SiOC), 및/또는 이산화지르코늄(ZrO2)을 포함하는, 디바이스.The method of claim 9,
The device, wherein the second material comprises silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxycarbide (SiOC), and/or zirconium dioxide (ZrO 2 ). 방법으로서,
기판 상에 하나 이상의 제1 물질을 퇴적하는 단계;
상기 기판 상에 하나 이상의 제2 물질을 퇴적하는 단계;
상기 하나 이상의 제1 물질 및 상기 하나 이상의 제2 물질에 스탬프를 임프린팅하는 단계;
상기 하나 이상의 제1 물질 및 상기 하나 이상의 제2 물질을 경화시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 제1 물질의 제1 격자 및 상기 하나 이상의 제2 물질의 제2 격자를 형성하기 위해 스탬프를 해제하는 단계를 포함하며, 상기 제1 격자는 제1 굴절률 및 제1 듀티 사이클을 갖고, 상기 제2 격자는 제2 굴절률 및 제2 듀티 사이클을 갖고,
상기 제1 듀티 사이클은 상기 제2 듀티 사이클과 상이하거나, 또는
상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률과 상이하거나, 또는
상기 제1 굴절률 및 상기 제1 듀티 사이클 둘 모두가 상기 제2 굴절률 및 상기 제2 듀티 사이클과 상이한, 방법.As a method,
Depositing one or more first materials on the substrate;
Depositing one or more second materials on the substrate;
Imprinting a stamp on the at least one first material and the at least one second material;
Curing the at least one first material and the at least one second material; And
Releasing the stamp to form a first grating of the at least one first material and a second grating of the at least one second material, the first grating having a first index of refraction and a first duty cycle, The second grating has a second refractive index and a second duty cycle,
The first duty cycle is different from the second duty cycle, or
The first refractive index is different from the second refractive index, or
The method, wherein both the first index of refraction and the first duty cycle are different from the second index of refraction and the second duty cycle. 제12항에 있어서,
상기 제1 격자 및 상기 제2 격자는 실질적으로 동일한 높이들을 갖는, 방법.The method of claim 12,
Wherein the first grating and the second grating have substantially equal heights. 제12항에 있어서,
상기 제2 듀티 사이클은 상기 제1 듀티 사이클보다 큰, 방법.The method of claim 12,
The second duty cycle is greater than the first duty cycle. 제12항에 있어서,
상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 큰, 방법.The method of claim 12,
The second refractive index is greater than the first refractive index.
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